A three-dimensional source distribution method is presented for the prediction of motions and vertical bending moments of ships travelling with forward speed in regular waves. Comparisons between theoretical and experimental results are shown for the motion responses and vertical bending moment of the S175 container ship model by Watanabe et al. The model ship was made of synthetic resins so as to simulate bending rigidity of a full scale ship. Numerical results are compared with experimental and numerical ones obtained in the literature. The results of comparison confirmed the validity of the proposed approach.
Pour, H. Rahimi;Arani, A. Ghorbanpour;Sheikhzadeh, Gh.
Steel and Composite Structures
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v.24
no.4
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pp.499-512
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2017
This paper deals with nonlinear dynamic stability of embedded piezoelectric nano-composite separators conveying pulsating fluid. For presenting a realistic model, the material properties of structure are assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. The separator is reinforced with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) which the equivalent material properties are obtained by mixture rule. The separator is surrounded by elastic medium modeled by nonlinear orthotropic visco Pasternak foundation. The separator is subjected to 3D electric and 2D magnetic fields. For mathematical modeling of structure, three theories of classical shell theory (CST), first order shear deformation theory (FSDT) and sinusoidal shear deformation theory (SSDT) are applied. The differential quadrature method (DQM) in conjunction with Bolotin method is employed for calculating the dynamic instability region (DIR). The detailed parametric study is conducted, focusing on the combined effects of the external voltage, magnetic field, visco-Pasternak foundation, structural damping and volume percent of SWCNTs on the dynamic instability of structure. The numerical results are validated with other published works as well as comparing results obtained by three theories. Numerical results indicate that the magnetic and electric fields as well as SWCNTs as reinforcer are very important in dynamic instability analysis of structure.
Seo Young Song;Bitnarae Kim;Ahyun Cho;Juyeon Jeong;Dongkweon Lee;Myung Jin Nam
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.2
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pp.109-119
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2023
Ground subsidence in urban areas due to excessive development and degraded underground facilities is a serious problem. Geophysical surveys have been conducted to estimate the distribution and scale of cavities and subsidence. In this study, electrical resistivity tomography (ERT) was performed near an area of road subsidence in an urban area. The subsidence arose due to groundwater leakage that carried soil into a neighboring excavation site. The ERT survey line was located between the main subsidence area and an excavation site. Because ERT data are affected by rapid topographic changes and surrounding structures, the influence of the excavation site on the data was analyzed through field-scale numerical modeling. The effect of an excavation should be considered when interpreting ERT data because it can lead to wrong anomalous results. A method for performing 2D inversion after correcting resistivity data for the effect of the excavation site was proposed. This method was initially tested using a field-scale numerical model that included the excavation site and subsurface anomaly, which was a loosened zone, and was then applied to field data. In addition, ERT data were interpreted using an existing in-house 3D algorithm, which considered the effect of excavation sites. The inversion results demonstrated that conductive anomalies in the loosened zone were greater compared to the inversion that did not consider the effects of excavation.
The finite element method is applied to analyze the deformation mechanisms in the closed-cell Al foam under the compression. The modeling of the real cellular structure proceeds with the concept of the reverse engineering. First of all, the small, $10{\times}\;10{\times}\;10mm^3$ sized specimens of the closed-cell Al foam are prepared. The micro focus X-ray CTsystem of SHIMADZU Corp. is used to scan the full structures of the specimens. The scanned structures are converted to the geometric surfaces and solids through the software for 3-D scan data processing, RapidFormTMof INUS Tech. Inc. Then the solid meshes are directly generated on the converted geometric solids for the finite element analysis. The large elastic-plastic deformation and 3-D contact problems for the Al cellular material are considered. The clear and successful analysis for the deformation mechanisms in the closed-cell Al foam is carried out through the comparison of the numerical results in this research with the referred experimental ones.
Yousef A. Alessi;Ibrahim Ali;Mashhour A. Alazwari;Khalid Almitani;Alaa A Abdelrahman;Mohamed A. Eltaher
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.179-202
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2023
This article presents a numerical analysis to investigate the natural frequencies and harmonic response of a perforated cantilever beam attached to two layers of piezoelectric materials by using the finite element method for the first time. The bimorph piezoelectric is composed of 3 layers; two of them at the outer are piezoelectric, and the inner isotropic material. A higher order 3-D 20-node solid element that exhibits quadratic displacement behavior is exploited to discretize the isotropic layer, and coupled piezoelectric 3D element with twenty nodes is used to mesh the top and bottom layers. CIRCU94 element is added to act as a resistor part of the model. The proposed model is validated with previous works. The numerical parametric studies are presented to illustrate the effects of perforation geometry, the number of rows, the resistance on the natural frequencies, frequency response, and power. It is found that the thickness has a positive relationship with the natural frequency. Perforations help in producing higher voltage, and the best shape is rectangular perforations, and to produce higher voltage, two rows of rectangular perforations should be applied.
Three-dimensional (3D) microfabrication process using two-photon polymerization (TPP) is developed to fabricate the curved microstructures in a layer, which can be applied potentially to optical MEMS, nano/micro-devices, etc. A 3D curved structure can be expressed using the same height-contours that are defined by symbolic colors which consist of 14 colors. Then, the designed bitmap figure is transformed into a multi-exposure voxel matrix (MVM). In this work a multi-exposure voxel matrix scanning method is used to generate various heights of voxels according to each laser exposure time that is assigned to the symbolic colors. An objective lens with a numerical aperture of 1.25 is employed to enlarge the variation of a voxel height in the range of 1.2 to 6.4 um which can be controlled easily using the various exposure time. Though this work some 3D curved micro-shapes are fabricated directly to demonstrate the usefulness of the process without a laminating process that is generally required in a micro-stereolithography process.
This paper adopts autoregressive (AR) model to simulate the wind velocity of spatial three-dimensional fields in accordance with the time and space dependent characteristics of the 3-D fields. Based on the built MATLAB programming, this paper discusses in detail the issues of the AR model deduced by matrix form in the simulation and proposes the corresponding solving methods: the over-relaxation iteration to solve the large sparse matrix equations produced by large number of degrees of freedom of structures; the improved Gauss formula to calculate the numerical integral equations which integral functions contain oscillating functions; the mixed congruence and central limit theorem of Lindberg-Levy to generate random numbers. This paper also develops a method of ascertaining the rank of the AR model. The numerical examples show that all those methods are stable and reliable, which can be used to simulate the wind velocity of all large span structures in civil engineering.
Settling Basins are one of the most important and popular methods for removal of suspended sediments irrigation and drainage networks or power canals taking off from an alluvial river and wastewater treatment plant. Improving the performance and so increasing sediment removal efficiency of settling basins by an alternative method is necessary. In the present work, the effect of baffle and its angle of attack with the flow (${\theta}$) on the sediment removal efficiency is investigated by conducting a series of experiments on a straight canal with 8 m length, 0.3 m width and 0.5 m height and 3 m length of basin equipped with an adjustable glass baffle. A numerical analysis has been carried out using ANSYS Fluent 3D software (a general purpose computational fluid dynamics simulation tool) for three Froude numbers from the experiments. The numerical and experimental results were found to match reasonably well.
This paper uses the numerical simulation to investigate the interference effect of 3-D turbulent flow around two high rise buildings in proximity at the different relative heights, gaps, and wind velocities. The computer program used to carry out the simulation is based on the control volume method and the SIMPLEST algorithm. The ${\kappa}-{\varepsilon}$ model was used to simulate turbulence effects. Since the contracted flow between two adjacent buildings enhances the strength of vortex shedding from the object building, the pressure coefficient on each side wall of the object building is generally increased by the presence of apposed building. The effect is increased as the relative height or the gap between the two buildings decreases. The velocity on the vertical center line between two buildings is about 1.4 to 1.5 times the upstream wind velocity.
Generally, the discontinuous armature permanent magnet linear synchronous motor (PM-LSM) is composed by the stator block (accelerator, re-accelerator, and decelerator) and the free running section. However, the stationary discontinuous armature design involves the velocity variation of the mover during drive when the armature's non-installation part changes over to installation part as a result of the outlet edge of the armature. Therefore, we considered deforming the shape of the outlet edge at the armature and apply skew on the permanent magnet by displacing the two magnet segments of each pole. This paper presents the results of a three-dimensional (3-D) numerical analysis with a finite element method (FEM) of the force exerted by the outlet edge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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